BAB II

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Jenis umum dari penukar panas biasanya digunakan dalam kondisi tekanan
relatif tinggi, yang terdiri dari sebuah selongsong yang didalamnya disusun suatu
anulus dengan rangkaian tertentu (untuk mendapatkan luas permukaan yang
optimal). Fluida mengalir di selongsong maupun di anulus sehingga terjadi
perpindahan panas antar fluida dengan dinding anulus sebagai perantara. Beberapa
jenis rangkaian anulus misalnya: triangular, segiempat, dll.

Contoh lainnya adalah penukar panas jenis plat. Alat jenis ini terdiri dari
beberapa plat yang disusun dengan rangkaian tertentu, dan fluida yang mengalir
diantaranya.
Shell and tube heat exchanger biasanya digunakan dalam kondisi
tekanan relatif tinggi, yang terdiri dari sebuah selongsong yang di dalamnya
disusun suatu annulus dengan rangkaian tertentu (untuk mendapatkan luas
permukaan yang optimal). Fluida mengalir di selongsong maupun di annulus
sehingga terjadi perpindahan panas antara fluida dengan dinding annulus
misalnya triangular pitch (Pola segitiga) dan square pitch (Pola segiempat).

Gambar 2 Bentuk susunan tabung
Keuntungan square pitch adalah bagian dalam tube-nya mudah

dibersihkan dan pressure drop-nya rendah ketika mengalir di dalamnya (fluida

Gambar 3 shell and tube heat exchanger
Keuntungan dari shell and tube:
1.

Konfigurasi yang dibuat

akan memberikan luas permukaan yang

besar dengan bentuk atau volume yang kecil.
2.

Mempunyai lay-out mekanik yang baik, bentuknya cukup baik
untuk operasi bertekanan.

3.

Menggunakan teknik fabrikasi yang sudah mapan (well-astablished).


4.

Dapat dibuat dengan berbagai jenis material, dimana dapat dipilih
jenis material yang digunakan sesuai dengan temperatur dan tekanan
operasi.

5.

Mudah membersihkannya.

6.

Prosedur perencanaannya sudah mapan (well-astablished).

7.

Konstruksinya sederhana, pemakaian ruangan relatif kecil.

8.


Pengoperasiannya

tidak

berbelit-belit,

sangat

mudah

dimengerti

(diketahui oleh para operator yang berlatar belakang pendidikan rendah).
9.

Konstruksinya dapat dipisah-pisah satu sama lain, tidak merupakan
satu kesatuan yang utuh, sehingga pengangkutannya relatif gampang

Kerugian penggunaan shell and tube heat exchanger adalah semakin
besar jumlah lewatan maka semakin banyak panas yang diserap tetapi semakin

sulit perawatannya (Holman, 1995).
2.1

Pengertian Alat Penukar Kalor
Alat penukar kalor atau Heat Exchanger (HE) adalah alat yang

digunakan untuk memindahkan kalor dari sistem ke sistem lain tanpa
perpindahan massa dan dapat berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai
pendingin. Biasanya, medium pemanas dipakai adalah air yang dipanaskan
sebagai fluida panas dan air biasa sebagai air pendingin (cooling water).
Penukar kalor dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas antar
fluida dapat berlangsung secara efisien. Pertukaran kalor terjadi karena
adanya kontak, baik antara fluida yang terdapat dinding pemisahnya, maupun
keduanya bercampur langsung (direct contact). Penukar panas sangat luas
dipakai dalam industri seperti kilang

minyak,

pabrik


kimia

maupun

petrokimia, industri gas alam, refrigerasi, pembangkit listrik. Salah satu
contoh sederhana dari alat penukar panas adalah radiator mobil di mana
cairan pendingin memindahkan panas mesin ke udara sekitar.
Alat

penukar kalor adalah alat

yang

memungkinkan terjadinya

perpindahan panas diantara dua fluida yang memiliki temperatur yang berbeda
tanpa

mencampurkan


kedua

fluida

tersebut.

Alat

penukar

kalor

biasanya digunakan secara praktis didalam aplikasi yang luas, seperti dalam
kasus pemanasan dan sistem pengkondisian udara, proses-proses kimia dan
proses pembangkitan tenaga. Alat penukar kalor berbeda dengan ruangan
pencampuran yakni alat penukar kalor tidak memperbolehkan kedua fluida
bercampur. Sebagai contoh, pada radiator mobil, panas dipindahkan dari air
panas

yang


mengalir melalui pipa yang terdapat pada radiator yang

ditambahkan plat pada jarak yang kecil dengan melewatkan udara diantaranya
(Kern, 1965).
Perpindahan panas pada alat penukar kalor biasanya terdiri dari
konveksi di setiap fluida dan konduksi pada dinding yang memisahkan kedua

fluida. Pada saat menganalisa alat penukar kalor, sangat diperlukan untuk
menggunakan koefisien perpindahan panas menyeluruh U yang memungkinkan
untuk menghitung seluruh efek dari perpindahan panas. Laju perpindahan panas
diantara kedua fluida terletak pada alat penukar kalor yang bergantung pada
perbedaan temperatur pada suatu titik, yang bervariasi sepanjang alat penukar
kalor. Pada saat menganalisis alat penukar kalor, biasanya bekerja dengan
menggunaka n logarithmic mean temperature difference LMTD, yang sebanding
dengan perbedaan temperatur rata-rata diantara kedua fluida sepanjang alat
penukar kalor. Ketika dua temperatur tidak diketahui kita dapat menganalisisnya
dengan metode keefektifitasan-NTU.
Proses perpindahan panas tersebut dapat dilakukan secara langsung dan
tidak langsung. Maksudnya ialah :

a. Alat penukar kalor kontak langsung Pada alat ini fluida yang panas akan
bercampur secara langsung dengan fluida dingin (tanpa adanya pemisah)
dalam suatu bejana atau ruangan. Misalnya ejector, daerator dan lain-lain.
b. Alat penukar kalor kontak tak langsung Pada alat ini fluida panas tidak
berhubungan langsung (indirect contact) dengan fluida dingin. Jadi proses
perpindahan panasnya itu mempunyai media perantara, seperti pipa, plat,
atau peralatan jenis lainnya. Misalnya kondensor, ekonomiser air preheater
dan lain-lain (Kays, 1964).

2.2

Cara-cara Perpindahan Panas
Perpindahan panas dapat didefinisikan sebagai berpindahnya energi dari

satu tempat ke tempatnya sebagai akibat dari perbedaan temperatur antara tempattempat tersebut. Pada umumnya perpindahan panas dapat berlangsung melalui 3
cara yaitu secara konduksi, konveksi, radiasi. Untuk alat penukar kalor tipe spiral
ini lebih ditekankan pada perpindahan panas secara konveksi sehingga
pembahasannya tidak menjelaskan tentang perpindahan panas secara konduksi
dan radiasi.
Konveksi adalah proses transport energy dengan kerja gabungan dari

konduksi panas, penyimpanan energy dan gerakan mencampur fluida.
Perpindahan

panas

konveksi

menurut

cara

menggerakkan

alirannya

diklasifikasikan dalam konveksi bebas dan konveksi paksa. Dikatakan sebagai
konveksi bebas (free/ natural convection) apabila gerakan mencampur diakibatkan
oleh perbedaan kerapatan massa jenis yang disebabkan oleh gradien suhu,
contohnya gerakan yang terlihat pada air yang sedang dipanaskan. Sedangkan
apabila gerakan fluida disebabkan kerena adanya energi dari luar seperti pokpa

atau kipas maka disebut sebagai konveksi paksa (forced convection), misalnya
pendinginan radiator dengan udara yang dihembuskan oleh kipas. Keefektifan
perpindahan panas dengan cara konveksi tergantung sebagian besarnya gerakan
mencampur fluida. Sehingga studi perpindahan konveksi didasarkan pada
pengetahuan tentang ciri-ciri aliran fluida (Donald,1987).
2.2

Cara-cara Perpindahan Panas
Perpindahan panas dapat didefinisikan sebagai berpindahnya energi dari

satu tempat ke tempatnya sebagai akibat dari perbedaan temperatur antara tempattempat tersebut. Pada umumnya perpindahan panas dapat berlangsung melalui 3
cara yaitu secara konduksi, konveksi, radiasi. Untuk alat penukar kalor tipe spiral
ini lebih ditekankan pada perpindahan panas secara konveksi sehingga
pembahasannya tidak menjelaskan tentang perpindahan panas secara konduksi
dan radiasi.

Konveksi adalah proses transport energy dengan kerja gabungan dari
konduksi panas, penyimpanan energy dan gerakan mencampur fluida.
Perpindahan


panas

konveksi

menurut

cara

menggerakkan

alirannya

diklasifikasikan dalam konveksi bebas dan konveksi paksa. Dikatakan sebagai
konveksi bebas (free/ natural convection) apabila gerakan mencampur diakibatkan
oleh perbedaan kerapatan massa jenis yang disebabkan oleh gradien suhu,
contohnya gerakan yang terlihat pada air yang sedang dipanaskan. Sedangkan
apabila gerakan fluida disebabkan kerena adanya energi dari luar seperti pokpa
atau kipas maka disebut sebagai konveksi paksa (forced convection), misalnya
pendinginan radiator dengan udara yang dihembuskan oleh kipas. Keefektifan
perpindahan panas dengan cara konveksi tergantung sebagian besarnya gerakan
mencampur fluida. Sehingga studi perpindahan konveksi didasarkan pada
pengetahuan tentang ciri-ciri aliran fluida (Donald,1987).
2.3

Jenis-jenis Alat Penukar Panas
Jenis-jenis alat pernukar panas antara lain :
1. Cooler
2. Heater
3. Condenser
4. Reboiler
5. evaporator
Dalam industri proses kimia masalah perpindahan energi atau panas adalah

hal yang sangat banyak dilakukan. Besarnya perpindahan panas yang di transfer
dapat dihitung dengan mengetahui perubahan suhu dari fluida masuk dan keluar
pada kecepatan tertentu. Sedangkan pada suhu rata-rata logaritma dapat dihitung
dari perubahan suhu masuk dan keluar, baik dari fluida panas maupun dingin.
2.4

Jenis-jenis perpindahan panas
Menurut cara penghatar dayanya, perpindahan panas dibedakan menjadi:

2.4.1

Konduksi

Merupakan perpindahan panas yang terjadi karna molekul-molekul dalam
zat bersinggungan, dimana besarnya kecepatan perpindahan panas:
Q = K.A.

∆T
∆X

Dimana:
Q = kecepatan perpindahan panas secara konduksi(Btu/jam)
A = luas perpindahan panas(ft2)
K =konduktivitas (Btu/ft.hr.of )
∆T= beda suhu antara permukan panas dan dingin (of )
2.4.2

Konveksi
Merupakan perpindahan panas disebabkan adanya gerakan atom/molekul

suatu gas/cairan yang bersinggungan dengan permukaan.dengan persamaanya:
Qc = h.A.(Ts – Tv)
Dimana:
Qc =laju perpindahan panas konveksi (Btu/hr)
h = koefisien perpindahan panas konveksi(Btu/hr.ft2.of)
A = Luas perpindahan panas(ft2)
Ts = suhu permukaan (oF)
Tv = suhu solubility (oF)
2.4.3

Radiasi
Merupakan gelompang perpindahan panas adanya perbedaan suhu dan

berlangsung secara gelombang elektromagnetik.
Persamaanya adalah:
Qr = C.F.A (T14 –T24) = 0,171[(

T1
¿
100

4

–(

T2
¿
100

Dimana:
Qr = energi =perpindahan panas reaksi (Btu/jam)
C = Konstanta Stefan Boltzrnan
F = faktor panas (emitifiutas bahan)
A = luas bidang(ft2)

4

]

T1 = suhu mutlak
T2 = suhu mutlak
2.5

jenis-jenis heat exchanger
Adapun jenis-jenis heat exchanger antara lain :
1. Shell and tube heat exchanger
2. Double pipe heat exchanger
3. Extended purpose heat exchanger
4. Cool inbox coals heat exchanger
5. Air cool heat exchanger
Perpindahan panas yang terjadi di heat exchanger akan didahului dengan

panas yang terjadi di masing-masing pipa dan tergantung pada sifat bahan dan
diameter pipa. Makin besar diameter pipa makin besar perpindahan panasnya.
Biasanya panas yang melewati dinding secara keseluruhan ditentukan oleh
koefesien luas maupun dalam. Untuk konduksi ditentukan oleh tebal pipa dan
bahan pipa. Hantaran panas heat exchanger ditentukan oleh koefesien
perpindahan panas secara menyeluruh (U) (Kern, 1965).